Основные виды внепечной обработки стали

Основные технологические приёмы внепечной обработки

Современные сталеплавильные технологии с использованием методов внепечной обработки основываются на использовании следующих технологических приемов:

обработка металла вакуумом;

продувка металла инертными газами;

одновременная обработка вакуумом и инертными газами;

одновременная обработка вакуумом и продувка кислородом;

одновременная продувка инертными газами и кислородом;

обработка твердыми шлаковыми смесями;

обработка жидкими шлаками;

одновременная обработка жидкими синтетическими шлаками и инертными газами;

комплексная обработка металла вакуумом, кислородом, инертными газами и шлаковыми смесями;

вдувание в глубь металла порошкообразных реагентов;

введение

в глубь металла реагентов в виде композитных блоков, проволоки и т. п.

Обработка металла вакуумом

Обработка металла вакуумом (снижение давления над расплавом) влияет на протекание тех реакций и процессов, в которых принимает участие газовая фаза. Газовая фаза образуется, в частности, в результате реакции окисления углерода, при протекании процессов выделения растворенных в металле водорода и азота, а также процессов испарения примесей цветных металлов. Обработка вакуумом воздействует на характер протекания именно этих реакций. Одной из важнейших целей обработки вакуумом является снижение содержания газов в стали.

Для интенсификации процесса обезуглероживания вакуумные установки в ряде случаев дополняют устройствами для одновременной продувки металла кислородом. На таких установках удается в необходимых случаях получать особо высокую степень обезуглероживания.

Этот принцип положен в основу так называемого вакуумкислородного обезуглероживания. Применительно к установкам циркуляционного вакуумирования процесс обезуглероживания ускоряется при введении кислорода для продувки или обдувки металла непосредственно

в камере циркуляции. Процесс получил название RH-OB₂,. Получение очень низких концентраций углерода особенно важно для ряда марок высокохромистой (например, коррозионностойкой) стали, а также некоторых марок специальных сталей и сплавов. Операция обезуглероживания высокохромистых сталей в обычных условиях затрудняется тем, что одновременно с углеродом окисляется хром и образуются оксиды хрома. Для получения низкоуглеродистой высокохромистой стали требуется значительный перегрев металла При обработке вакуумом равновесие реакции сдвигается вправо, поскольку уменьшается содержание СО и хром не только не окисляется, но и восстанавливается из шлака.

Таким образом, в вакууме можно получить низкие концентрации углерода без заметных потерь хрома; при этом одновременно с обезуглероживанием протекают процессы удаления из ванны газов и неметаллических включений, т. е. при вакуумировании стали, содержащей углерод, обеспечиваются благоприятные условия для восстановления хрома.

При обработке высокохромистого расплава следует учитывать, что при относительно низких температурах и атмосферном давлении не углерод, а хром определяет окисленность металла, и если требуется окисление углерода, то количества кислорода, содержащегося в высокохромистом металле, может оказаться недостаточно для окисления углерода. На диаграмме, показывающей соотношение количества углерода и кислорода для плавки металла с18%Сп и 10% с учетом влияния давления СО и температуры, нанесены линии, характеризующие равновесные условия окисления хрома при разных температурах; нанесены также равновесные кривые обезуглероживания для нелегированной стали при 1600 и 1800 °C и давлениях от 0,1 МПа (1атм) до 0,1 кПа (50ммрт.ст.).

Штрихпунктирная линия, пересекающая диаграмму, характеризует стехиометрическое соотношение масс углерода и кислорода, взаимодействующих по реакции С + /402 = СО. Исходя из этой диаграммы, для получения легированной стали, содержащей 0,1% С, температура ванны должна быть 1810 °C. При этом содержание растворенного кислорода составляет 0,12%. При снижении равновесного давления СО соответственно до 0,1 кПа (значение, реально достигаемое на практике) содержание углерода уменьшается в направлении, параллельном штрихпунктирной линии стехиометрического соотношения С + ¹Л 02 до — 0,03% С.

Если температура расплава составляет 1650 °C, то содержание кислорода (при 0,1% С) определяется равновесной кривой окисления хрома. По диаграмме это соответствует содержанию растворенного кислорода 0,035%. При таком количестве кислорода содержание углерода в процессе вакуумирования может быть снижено лишь до 0,08%. Таким образом, для получения более низких содержаний углерода при вакуумировании необходимо либо повышение температуры (при этом содержание углерода должно быть снижено хотя бы до 0,1%, чтобы было достаточное количество кислорода), либо снабжение металла кислородом (введение руды или газообразного кислорода).

Второй путь предпочтительнее. Поскольку реакция обезуглероживания идет преимущественно на границе раздела фаз, желательно обеспечить хорошее перемешивание ванны. Чаще всего для этой цели используют способ продувки металла инертным газом через пористую пробку в днище ковша. На рис. 19.12 (см. на цветной вклейке) показан один из вариантов конструкции установки вакуум-кислородного обезуглероживания. Установка оснащена транспортной системой подачи легирующих материалов от бункеров в ковш через вакуумный затвор.

Обработка металла синтетическими шлаками

Перемешивание металла со специально приготовленным (синтетическим) шлаком интенсифицирует переход в шлак тех вредных примесей, которые должны удаляться в шлаковую фазу (сера, фосфор, кислород). В тех случаях, когда основную роль в удалении примеси выполняет шлаковая фаза, скорость процесса пропорциональна площади межфазной поверхности Основными требованиями, предъявляемыми к синтетическим известково-глиноземистым шлакам, являются минимальная окисленность (это обеспечивает хорошие условия для раскисления стали и ее десульфурации) и максимальная активность СаО (это обеспечивает хорошие условия для десульфурации стали).

Достоинством метода обработки стали синтетическими шлаками является его небольшая продолжительность — вся операция полностью осуществляется за время выпуска (слива) металла из агрегата в ковш, т. е. за несколько минут.

Производительность агрегатов при этом не только не уменьшается, но и возрастает, так как такие технологические операции, как десульфурация и раскисление, переносят в ковш. При проведении операции обработки металла шлаком приходится учитывать ряд ограничений:

нежелательно попадание в ковш, в котором проводится обработка, вместе с металлом и шлака из печи или из конвертера;

необходимо вводить в ковш помимо синтетического шлака раскислители (а при выплавке легированных сталей также и легирующие материалы);

в процессе обработки состав шлака изменяется. Особенно трудной задачей для практического осуществления является задача отсечки шлака при выпуске металла. В процессе обработки синтетическим шлаком несколько уменьшается окисленность металла, однако не настолько, чтобы полностью отказаться от применения раскислителей, поэтому кроме шлака в ковш вводят необходимое количество раскислителей.

Метод обработки металла синтетическим шлаком обеспечивает стандартные результаты десульфурации, но до известных пределов (обычно до 0,005— 0,007%), поэтому применение его особенно эффективно в случае обработки металла с высоким содержанием серы. В тех случаях, когда необходимо устойчиво получать более низкие концентрации серы, используют другие способы.

Если по условиям производства нет возможности разместить оборудование для расплавления синтетического шлака, используют метод обработки металла на выпуске твердыми синтетическими шлаками. Обычно в состав таких смесей вводят СаО и CaF₂. Расход таких смесей колеблется в пределах 3— 10 кг/т. И в этом случае наилучшие результаты по десульфурации и содержанию неметаллических включений получены при одновременном воздействии на металл и десульфурирующей синтетической смеси, и раскислителей.

Чаще других используют два технологических приема:

подачу на струю металла порошка, состоящего из извести, плавикового шпата и алюминия;

присадку десульфурирующей смеси, состоящей из извести и плавикового шпата, на дно ковша перед выпуском металла; при этом одновременно на дно ковша присаживают все требуемое для раскисления количество ферросилиция. Температура металла при использовании для десульфурации синтетических смесей в твердом виде должна быть выше обычной на 10—15 °С.

Так, например, твердые шлаковые смеси (сокращенно ТШС) использовали в конвертерном цехе комбината «Азовсталь» при производстве труб большого диаметра для магистральных трубопроводов (сталь должна была содержать не более 0,010% S). Использовали ТШС следующего состава, %: известь 60; плавиковый шпат 20; магнезитовый порошок 10; отходы, содержащие алюминий, 10. При этом ввод в состав ТШС магнезитового порошка (используемого для торкретирования конвертеров или заправки мартеновских печей) обусловлен тем, что MgO при содержании его в шлаке до 10—12% снижает температуру ликвидуса системы CaO-SiCb-AbCb-MgO и вязкость таких шлаков, повышая коэффициент активности СаО и коэффициент распределения серы.

Обработку стали ТШС проводили в ковше во время выпуска металла из конвертера. Порядок присадки смеси был следующий. Известь и плавиковый шпат, предварительно смешанные, подавали в ковш емкостью 350 т по тракту сыпучих. Магнезитовый порошок и алюмошлак без предварительного смешивания присаживали в ковш с рабочей площадки конвертерного отделения из переносного бункера одновременно с известью и плавиковым шпатом. Очередность подачи в ковш материалов во время выпуска соответствовала существующей: 1-я порция чушкового алюминия, ТШС, наутлероживатель и ферросплав; 2-я порция чушкового алюминия, алюминиевый слиток. В результате получали сталь, содержащую 0,009% S.

Азотирование стали

Азотирование стали — химико-термическая обработка поверхностным насыщением стали азотом путем длительной выдержки ее при нагреве до 6ОО…65О°С в атмосфере аммиака NH3. Азотированные стали обладают очень высокой твердостью (азот образует различные соединения с Fe, Al, Cr и другими элементами, обладающие большей твердостью, чем карбиды) и повышенной сопротивляемостью коррозии в таких средах, как атмосфера, вода, пар и др. Азотированные стали сохраняют высокую твердость, в отличие от цементованных, до сравнительно высоких температур (500 -520°С).

2. По эскизу детали (рис.11) разработайте эскизы: элементов литейной формы, модели стержневого ящика, собранной литейной формы (в разрезе).

Рис. 1.1 Элементы литейной формы Опишите последовательность изготовления литейной формы методом ручной формовки. Материал детали — чугун СЧ20.

Модель стержневого ящика Собранная литейная форма в разрезе Отливка с литниковой системой

Изготовление формы методом ручной формовки

сталеплавильный металл вакуум шлак Основные операции изготовления форм (формовки): уплотнение формовочной смеси для получения точного отпечатка модели в форме и придание форме достаточной прочности; устройство вентиляционных каналов для вывода газов из полости формы, образующихся при заливке; извлечение модели из формы; отделка и сборка форм. По степени механизации различают формовку: ручную и машинную.

Ручную формовку применяют для получения одной или нескольких отливок в условиях опытного производства, при изготовлении крупных отливок (массой до 200 т). На практике используют различные приемы ручной формовки.

Формовка в парных опоках по разъемной модели наиболее распространена. Литейную форму (рис. 4.11, с), состоящую из двух полуформ, изготовляют по разъемной модели (рис. 4.11, а) в такой последовательности: на модельную плиту 3 устанавливают нижнюю половину модели, модели питателей 4 и опоку 5 (рис. 4.11, б), в которую засыпают формовочную смесь и уплотняют. Опоку поворачивают на 180° (рис. 4.11, в), устанавливают верхнюю половину модели 2, модели шлакоуловителя 9, стояка 8 и выпоров 7. По центрирующим штырям устанавливают верхнюю опоку 6, засыпают формовочную смесь и уплотняют. После извлечения модели стояка и выпоров форму раскрывают. Из полуформ извлекают модели (рис. 4.11, г) и модели питателей и шлакоуловителей, в нижнюю полу форму устанавливают стержень 10 (рис, 4.11, д) и накрывают нижнюю полуформу верхней. На рис. 4.11, е показана литейная.

Рис. 4.11. Последовательность операций изготовления литейной формы для корпуса вентиля форма для корпуса вентиля. После заливки расплавленного металла и его затвердевания литейную форму разрушают и извлекают отливку (рис. 4.11, ж).

Список используемой литературы

1.Дальский A.M. «Технология конструкционных материалов», Москва «Машиностроение», 1985.

Кнозоров Б.В. «Технология материалов», Москва «Металлургия», 1978.

www.chemmarket.info